1、大气遥感第一节第一节 地球大气的成分和结构地球大气的成分和结构为了描述地球大气与太阳辐射的相互作用，我们首先来了解一下大气的结构和成分。3.1.1热力结构热力结构 为了确定与太阳光吸收和散射有关的大气区域，我们首先给出标准大气的垂直温度廓线：大气遥感大气遥感大气的分层命名通常由它的热力状态导出大气的分层命名通常由它的热力状态导出 对流层对流层对流层顶的高度随纬度和季节变化(低纬1718km，中1112km，高89km)；集中了整个大气质量的3/4和全部的水汽；天气现象都发生在这一层。 平流层平流层高达50km；气层稳定；T最初微升，30km以上随Z的升高增加很快，达270290K。这主要是由于
2、O3 吸收紫外辐射所致；水汽很少，能见度很高。 中层中层高达8085km；T随Z升高而递减得很快；有强烈的湍流混合和光化学反应。大气遥感 热层热层高达500600km；T随Z上升而迅速增加，可达10002000K，所以称热层；由于波长小于0.175微米的太阳紫外辐射，被热层气体吸收所致。温度是分子运动速度的一个度量；温度一日间有显著变化；热层处于高度电离状态。 外层外层热层顶以上是外层，这一层可能一直延伸到约1600km的高空，并且逐步融合到行星空间去。由于地球引力场的束缚力很小，一些高速运动的空气质粒不断向星际空间逃逸，又称外逸层。大气遥感 电离层电离层从距离约60km开始向上延伸。在远距离
3、无线电通讯中起着重要作用。与太阳活动密切相关。 磁层磁层500km以上的高空。受太阳风的作用，看起来像彗星状。大气遥感Planetary boundary layer 行星边界层行星边界层：大气层的最低1km左右的层次明显与对流层的其他高度不同，它与地表发生强烈而重要的相互作用，这一层称为行星边界层。大气遥感恒 定 成 分变化成分成 分 体积比（）成 分 体积比（）Nitrogen (N2)Oxygen (O2) Argon (Ar)Carbon dioxide (CO2)Neon (Ne)Helium (He)Krypton (Kr)Xenon (Xe) Hydrogen (H2)Metha
4、ne (CH4)Nitrous oxide (N2O)bCarbon monoxide (CO)b 78.08420.9480.934 0.036 18.18 1045.24 1041.14 1040.089 1040.5 104 1.7 1040.3 1040.08 104Water vapor (H2O)Ozone (O3)Sulfurdioxide (SO2)bNitrogendioxide (NO2)bAmmonia (NH3)bNitric oxide (NO)bHydrogensulfide (H2S)b(HNO3)Chlorofluorocarbons(CFCI3, CF2C12
5、CH3CCI3, CC14, etc.)0 0.040 12 1040.001 1040.001 1040.004 1040.0005 1040.00005 104微量Trace3.1.2 化学成分化学成分大气遥感体积比体积比 假设在压力P、温度T状态下干空气占有容积Va，其中某气体成分的分压力为p，当温度T保持不变，而该气体成分的压力变为P时。它占有容积V，则定义该气体成分的体积比为q=V/Va 其数值以百分数（）或百万分数（ppm）表示，当含量非常少时，又可以用千兆分数（ppb）表示。大气遥感大气遥感CO2 ，CH4 CO2 虽然被列为恒定成分，但由于矿物燃烧、海洋的吸收和放射及光合作用，
6、一直以大约0.4的速度增加。 CO2 能够强烈地吸收和放射红外辐射，对气温有一定的影响。 大气中CH4 的含量也以每年12的速率在增加，现在达1.7ppmv CO, N2O 的含量也在变化大气遥感可变气体成分：可变气体成分： H2O 水汽是地球大气中主要的辐射和动力要素，它的含量随时空变化很大。对流层H2O的空间分布取决于局地水文循环和大尺度输送过程。 最大值出现在南、北半球亚热带700hpa高度以下的气层中。 它是在大气温度变化范围内唯一可以发生相变的成分。由于水的三态都善于吸收和放射红外辐射，因而对地面和空气的温度变化也有一定的影响。大气遥感水汽的吸收系数(m)kl,w (m-1)(m)k
7、l,w (m-1)(m)kl,w (m-1)0.691.60.9327001.852200000.72.40.9438001.91400000.711.250.9541001.95160000.721000.96260022900.73870.973102.1220.746.10.981482.2330.750.10.9912.52.3590.760.00110.252.420300.770.0011.050.0012.5310000.780.061.13202.615000000.791.751.1523002.722000000.83.61.21.62.88000000.81331.250
8、.0182.9650000.821351.32903240000.83661.35200003.1230000.8415.51.41100003.2100000.850.31.45150003.3120000.860.0011.515003.419500.870.0011.550.173.53600.880.261.60.0013.63100.896.31.6513.72500.92101.7513.81400.911601.754003.9170.921251.81300040.45大气遥感可变气体成分：可变气体成分：O3 O3 1840年瑞士科学家首先发现臭氧。浓度主要出现在约1530km
9、的高度，这个区域称为臭氧层（法国）。 近地面空气中臭氧的含量极少，在2025km处达极大值，具体取决于纬度和季节，再往上又减小，到50km附近臭氧含量趋于零。如果把它集中起来，在标准状态下，平均厚度约3mm。 它的形成主要是由于太阳紫外辐射的作用。 臭氧在大气中的含量虽然很小，但其作用却很大。大气遥感臭氧吸收系数 (m)k,o (m-1) (m)k,o (m-1) (m)k,o (m-1)0.2938000.4851.70.595120.29520000.492.10.612.50.310000.4952.50.605130.3054800.530.61120.312700.5053.50.6
10、210.50.3151350.5140.6390.32800.5154.50.647.90.325380.524.80.656.70.33160.5255.70.665.70.3357.50.536.30.674.80.3440.53570.683.60.3451.90.547.50.692.80.350.70.54580.72.30.35500.558.50.711.80.4450.30.5559.50.721.40.450.30.5610.30.731.10.4550.40.565110.7410.460.60.57120.750.90.4650.80.57512.20.760.70.47
11、0.90.58120.770.40.4751.20.58511.80.7800.481.40.5911.50.790大气遥感大气遥感气溶胶气溶胶 气溶胶：气溶胶由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系。目前常将气溶胶分成三大类：雾，指液体粒子的凝聚性气溶胶和分散性气溶胶；尘，指固态粒子的分散性气溶胶；烟，指固态粒子的凝聚性气溶胶。 大气电现象，大气辐射和光学，大气化学过程，以及云降水的形成，都跟气溶胶有关。 最大浓度出现在城市和沙漠，在对流层，浓度随高度增加而迅速减小。平流层某些高度上，观测到有气溶胶薄层长期存在。大气遥感 大气中水汽含量的变化最大，气溶胶浓度的变化次之，二氧化碳的变化比较小。 Aerosol 的研究是大气遥感的一个重要方面，其光学特性及气候效应是目前的一个热点。 参看气溶胶教程作者：章澄昌，气象出版社， 1993。大气遥感标准大气大气遥感标准大气
